植物免疫システムの分子機構

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24228008
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 白須 賢 独立行政法人理化学研究所, 植物免疫研究グループ, グループディレクター (20425630)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 分子間相互作用

研究概要

これまでのスクリーニングで植物の免疫を阻害する類似化合物を同定し、この化合物がサリチル酸のシグナルを拮抗阻害すること、この化合物がサリチル酸と構造的に類似していること、この化合物の結合タンパク質を同定した。この免疫阻害剤の抵抗性変異体を4つ単離し、そのひとつが上記の免疫阻害剤結合タンパク質をコードする遺伝子に変異があることなどがわかった。このタンパク質が植物免疫に重要なサリチル酸シグナルに関与する細胞外タンパク質であるかどうかを検証するため、免疫阻害剤1結合タンパク質の大量精製法を確立した。具体的にはシロイヌナズナよりこのタンパク質をコードするcDNAを単離し、ベンサミアーナタバコにおいて発現させ、大量精製した。また、このタンパク質の機能解析のため、特異的なペプチドを選定し、特異的抗体を作成した。免疫阻害剤結合タンパク質をコードする遺伝子に変異がある植物体の表現型を確立するため、遺伝学的解析を行った。その結果、この変異体が４倍体になっていること、またホモ変異体が致死、ヘテロ変異体が免疫阻害剤抵抗性表現型を表すことを明らかにした。さらにサリチル酸生合成変異体との二重変異がこの表現型を部分的に抑制することも明らかにした。このスクリーニング系で得られた植物免疫を亢進する化合物がサリチル酸をグルコシル化する酵素をターゲットにすること、この酵素の発現を抑制すると植物免疫が向上することも明らかになった。また植物免疫を攻撃する糸状菌病原体のゲノム配列を決定しエフェクター候補を同定し、サリチル酸を分解する酵素を持つことも明らかにした。さらにこの糸状菌病原体を認識する二つの抵抗性タンパク質が科の垣根を越えて機能することも明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

計画では、スクリーニングで得られた免疫阻害剤のターゲットであることを検証することが主な内容であったが、この免疫阻害剤結合タンパク質の大量精製法を確立することにより、このタンパク質の機能解析を推進することができた。さらにこの免疫阻害剤結合タンパク質をコードする遺伝子に変異がある変異体とサリチル酸生合成変異体との二重変異がこの表現型を部分的に抑制することも明らかになったことで、サリチル酸シグナル伝達系とのリンクを示すことができた。さらに、このスクリーニング系で得られた別の植物免疫を亢進する化合物がサリチル酸をグルコシル化する酵素をターゲットにすること、この酵素の発現を抑制すると植物免疫が向上することも明らかになり、計画以上の進展ができた。また偶然にも植物免疫を攻撃する糸状菌病原体のゲノム配列を決定しエフェクター候補の一つが、サリチル酸を分解する酵素を持つことも明らかになり、サリチル酸を巡る植物と病原体の攻防が明らかになってきたことは、計画以上の成果といえる。

今後の研究の推進方策

新たな研究員を４月１日より雇用し研究のスピードを上げていく。特に免疫阻害剤結合タンパク質の生化学的機能、細胞内でのダイナミクスに主な焦点を当てる。また植物免疫に関与する遺伝子の新規同定、ゲノム解析なども積極的に推進していく。

研究成果

• [雑誌論文] Comparative genomic and transcriptomic analyses reveal the hemibiotrophic stage shift of Colletotrichum fungi (2013)
  • 著者名/発表者名: Gan, P., Ikeda, K., Irieda, H., Narusaka, M., O.Connell, R.J., Narusaka, Y., Takano, Y., Kubo, Y., Shirasu, K
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 197 ページ: 1236-1249
  • DOI: DOI: 10.1111/nph.12085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfamily Transfer of Dual NB-LRR Genes Confers Resistance to Multiple Pathogens (2013)
  • 著者名/発表者名: Narusaka, M., Kubo, Y., Hatakeyama, K., Imamura, J., Ezura, H., Nanasato, Y., Tabei, Y., Takano, Y., Shirasu, K., and Narusaka, Y
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8 ページ: e55954
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0055954
  • 査読あり
• [雑誌論文] The RXLR motif of oomycete effectors is not a sufficient element for binding to phosphatidylinositol monophosphates (2013)
  • 著者名/発表者名: Yaeno, T and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Plant Sig & Behavior 巻: 8 ページ: e23865
  • DOI: 10.4161/psb.23865
  • 査読あり
• [雑誌論文] The D3 F-box protein is a key component in host strigolactone responses essential for arbuscular mycorrhizal symbiosis (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, S., Kameoka, H., Tempo, M., Akiyama, K., Umehara, M., Yamaguchi, S., Hayashi, H., Kyozuka, J., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 196 ページ: 1208-1216
  • DOI: DOI: 10.1111/j.1469-8137.2012.04339.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Plant Immune-Priming Compounds Identified via High-Throughput Chemical Screening Target Salicylic Acid Glucosyltransferases in Arabidopsis (2012)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi, Y., Okazaki, M., Kida, T., Nishina, Y., Morishita, Y., Ogawa, T., Suzuki, S., Shibata, D. Jikumaru, Y., Hanada, A., Kamiya, Y., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 24 ページ: 3795-3804
  • DOI: www.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.112.098343
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Ubiquitin Ligase PUB22 Targets a Subunit of the Exocyst Complex Required for PAMP-Triggered Responses in Arabidopsis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Stegmann, M., Anderson, R.G., Ichimura, K., Pecenkova, T., Reuter, P., Zarsky, V., McDowell, J.M., Shirasu, K., and Trujillo, M.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 24 ページ: 4703-4716
  • DOI: doi:http://dx.doi.org/10.1105/tpc
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plants that attack plants: molecular elucidation of plant parasitism (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, S. and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Curr Opin Plant Biol. 巻: 15 ページ: 708-713
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2012.07.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Front-runners in plant–microbe interactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Ronald, P. and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Curr Opin Plant Biol 巻: 15 ページ: 345-348
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2012.06.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diuretics Prime Plant Immunity in Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi, Y., Jikumaru, Y., Kamiya, Y., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 2 ページ: e48443
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0048443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sulfonamides identified as plant immunepriming compounds in high-throughput chemical screening increase disease resistance in Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi, Y., Ikeda, M., Saito, T., Osada, H., Shirasu, K.
  • 雑誌名: Front. Plant Sci. 巻: 3 ページ: 245
  • DOI: doi: 10.3389/fpls.2012.00245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and characterization of plant immune-priming compounds ImprimatinB3 and-B4, potentiators of disease resistance response in Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi, Y., Okazaki, M., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Plant Sig & Behavior 巻: 7 ページ: 1526-1528
  • DOI: 10.4161/psb.22138
  • 査読あり
• [雑誌論文] ImparimatinA and B, novel plant activators targeting metabolism of salicylic acid in Arabidopsis thaliana (2012)
  • 著者名/発表者名: Noutoshi, Y., Okazaki, M., and Shirasu, K.
  • 雑誌名: Plant Sig & Behavior 巻: 7 ページ: 1715-1717
  • DOI: 10.4161/psb.22368
  • 査読あり
• [学会発表] Regulated RNA 3' and formation switches transcription factor activity to fine-tune the plant basal defense response (2012)
  • 著者名/発表者名: 白須 賢
  • 学会等名: 2012 KSPP International Conference
  • 発表場所: Gwanak Campus, Seoul Nation University, Seoul, Korea
  • 年月日: 20121024-20121027
  • 招待講演
• [学会発表] Regulated RNA 3' and formation switches transcription factor activity to fine-tune the plant basal defense response (2012)
  • 著者名/発表者名: 白須 賢
  • 学会等名: 10th International Congress on Plant Molecular Biology
  • 発表場所: ICC, Jeju Lsland, Korea
  • 年月日: 20121021-20121026
  • 招待講演
• [学会発表] Hunting for the witch's effectors: Genomic and transcriptomic analyses of the parasitic orobanchaceae plants (2012)
  • 著者名/発表者名: 白須 賢
  • 学会等名: 30th New Phytologist Symposium
  • 発表場所: Fallen Leaf Lake, California, USA
  • 年月日: 20120916-20120919
  • 招待講演
• [学会発表] Genomic studies of parasitic plants (2012)
  • 著者名/発表者名: 白須 賢
  • 学会等名: XV International Congress of Molecular Plant-Microbe Interactions
  • 発表場所: 京都国際会議場、京都、日本
  • 年月日: 20120729-20120802
  • 招待講演
• [備考] 研究室ホームページ（日本語）
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.ja.html
• [備考] 研究室ホームページ（英語）
  • URL: http://plantimmunity.riken.jp/index.html